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発明の名称 直交変換符号化装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−30892
公開日 平成7年(1995)1月31日
出願番号 特願平5−173097
出願日 平成5年(1993)7月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 大高 秀樹 / 重里 達郎
要約 目的
上下マスク部に補強信号が多重されたEDTV2信号に対して直交変換符号化処理を行う場合に、補強信号の符号化の効率を向上させ歪を改善する。

構成
動き検出回路402では、画像信号のブロックに対してはフィールド間の動きを検出して動き情報403を”0”または”1”に設定し、補強信号のブロックに対しては常に動き情報403を”1”に設定する。設定された動き情報403をもとに直交変換の方法が選択され、動き情報403が”0”の場合は、スイッチ404、405をFr側としてフレーム内直交変換回路で直交変換が行われる。また、動き情報403が”1”の場合は、スイッチ404、405をFi側としてフィールド内直交変換回路で直交変換が行われる。
特許請求の範囲
【請求項1】メイン部の画像信号と上下マスク部の補強信号とから構成されたレターボックス形式のワイドアスペクトテレビジョン信号を入力とし、前記ワイドアスペクトテレビジョン信号をブロック化するブロック化手段と、前記ブロックに対し複数フィールド単位で直交変換を行う第1の直交変換手段と、前記ブロックに対しフィールド単位で直交変換を行う第2の直交変換手段と、前記第1あるいは第2の直交変換手段で直交変換して得られたデータを符号化する符号化手段と、前記画像信号のブロックに対して前記第1、第2の直交変換手段を適応的に選択して使用し、前記補強信号のブロックに対して前記第2の直交変換手段を使用することを制御する制御手段とを有することを特徴とする直交変換符号化装置。
【請求項2】補強信号は、飛び越し走査の信号から順次走査の信号を補間する際の補強信号であることを特徴とする請求項1記載の直交変換符号化装置。
【請求項3】第1の直交変換手段は2枚のフィールドを合わせたフレーム単位で直交変換を行うことを特徴とする請求項1記載の直交変換符号化装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、上下マスク部に補強信号が多重されたレターボックス形式のワイドアスペクトテレビジョン信号に対して直交変換を行って符号化する直交変換符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、テレビジョンのワイド化が進む中で、現行方式と両立性を有するワイドアスペクトテレビジョン信号として第2世代EDTV信号(以下、EDTV2信号と記す)がある。EDTV2信号はレターボックス形式で伝送され、図5に示すように有効走査線数480ラインの16:9ワイド順次走査信号100を、走査線変換により3/4に圧縮し、飛び越し走査化してメイン部101(180ライン/フィールド)に配置して伝送する。上下マスク部102(各々30ライン/フィールド)には画質を改善するための各種補強信号が多重されるが、伝送されなかったラインの画素を受像機側で補間する場合に発生する折り返し歪を除去するために、垂直時間補強信号(以下VT信号と記す)を作成して多重する方法の一例を図6を用いて説明する。
【0003】図6において、(○)は、飛び越し走査信号として伝送される画素であり、(黒丸)は間引かれて伝送されない画素である。ここで、VT信号として(黒丸)の画素をそのまま伝送すると、電力が大きいために現行受像機において妨害となる。したがって、同一フレームのライン差分信号(以下LD信号と記す)(黒三角)を作成する。LD信号は例えば図6における画素a,b,cを用いて(数1)のように作成される。
【0004】
【数1】

【0005】LD信号は上下マスク部に多重されるが、360ライン分の補強信号を120ライン分の領域に多重するため、水平帯域を1/3の1.4MHzに制限して1/3に時間軸圧縮し、3ライン分のLD信号を上下マスク部の1ラインに挿入する。さらに、レターボックス形式で現行受像機に表示した場合の妨害をできるだけ小さくし、かつ同期信号に影響しないことを目的として、(数2)に示すように、LD信号を1/k倍し、所定のレベルDCの上に多重してVT信号として伝送する。
【0006】
【数2】

【0007】したがって、逆にEDTV2デコーダで伝送されなかったラインを復元する場合には、まず、(数3)に示すように、伝送されたVT信号から中心レベルDCを減算し、k倍することによってLD信号を得る。次に、メイン部の信号から(数4)を用いフィールド内補間信号xを作成しLD信号と加算することにより、間引かれた画素bが再生できる。
【0008】
【数3】

【0009】
【数4】

【0010】なお、以上の説明では、フィールド内の差分信号を用いてVT信号を作成したが、他にフィールド間の差分信号を用いてVT信号を作成する方法もある。
【0011】このように補強信号が多重されたEDTV2信号をディジタル化してテープやディスク等に記録する場合、そのまま記録すると十分な記録時間が得られないため、高能率符号化により視覚的に劣化が目だたないようにデータ量を削減する方法が用いられる。高能率符号化の代表的な方法の一つとしてアダマール変換、離散コサイン変換等の直交変換符号化がある。以下に、EDTV2信号に対して直交変換符号化処理を行う従来の直交変換符号化装置について説明する。
【0012】図7は、従来の直交変換符号化装置のブロック図である。図7において、200はEDTV2信号の入力端子、201はEDTV2信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路、202はディジタル化されたフィールド単位のEDTV2信号をフレーム化し、フレーム単位で(8×8)画素のブロックにブロック化するブロック化回路、203は(8×8)の直交変換を行う直交変換回路、204は量子化回路、205は可変長符号化回路、206は可変長符号化されたデータの出力端子である。以下に動作を説明する。
【0013】端子200から入力されたEDTV2信号は、A/D変換回路201でディジタル信号に変換されブロック化回路202に入力される。ブロック化回路202では、2フィールドから1フレームを構成してブロック化を行う。
【0014】図8は、ブロック化回路202におけるブロック化の方法を示した図であり、フィールド単位でライン順に入力された信号を、フレーム単位で水平方向8画素、垂直方向8画素の(8×8)画素のブロックの信号に変換して出力する。次に、直交変換回路203では各ブロックに対して水平方向8次、垂直方向8次の(8×8)次の2次元直交変換演算を行う。2次元直交変換は、まず水平方向に8次の直交変換を行い次に垂直方向に8次の直交変換を行うことにより実現される。
【0015】図9は、直交変換回路203から出力される係数の順番を示した図であり、横方向が水平、縦方向が垂直に対応しており、各係数に対する数字は係数の出力順番を表している。図9より、DC成分を先頭にAC成分の水平、垂直の低域の係数から順にジグザグにスキャンして出力される。量子化回路204では、AC成分の最大値に応じて、2の整数倍の値で除算をすることにより量子化を行う。量子化回路204で量子化された係数は、可変長符号化回路205で予め定められた可変長符号のテーブルにもとづいて可変長符号化される。ここで、一般に画像信号を直交変換した場合、水平、垂直の低域の成分の係数値が大きく、高域にいくつれて小さくなる傾向があるので、発生確率に合った形で可変長符号のテーブルを作成することにとり、効率的に符号化を行うことが可能である。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記した従来の構成では以下に示す課題を有している。
【0017】画像信号に対して直交変換符号化処理を行う場合、フィールド単位で処理するよりも例えばフレーム単位で処理する方が画素間の相関が強いため、変換後のAC成分の係数の分布に偏りが生じ、図9で示す順番でジグザグに符号化を行うことにより、より効率良く符号化を行うことができる。
【0018】一方、補強信号は画質改善のための信号であり、画像信号と比較してフィールド間での相関が小さい。例えば、図10は補強信号の一つであるVT信号のブロックに対してフレーム単位の(8×8)の直交変換を行った場合の、AC成分の平均の係数分布を表した図である。画像信号の場合は水平、垂直の低域の成分の係数値が大きく、高域にいくつれて小さくなる傾向があるのに対して、図10に示した補強信号の場合は、高域に振幅の大きい係数が存在している。したがって、補強信号に対して複数フィールド単位の直交変換を適用しても、AC成分の係数の分布に画像信号の場合のような偏りが見られず、符号化の効率は向上しないばかりか、逆に悪くなる場合が発生する。
【0019】本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、上下マスク部に補強信号が多重されたEDTV2信号に対して直交変換符号化処理を行う場合に、補強信号の符号化の効率を向上させ、歪を抑えることが可能な直交変換符号化装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明は、メイン部の画像信号と上下マスク部の補強信号とから構成されたレターボックス形式のワイドアスペクトテレビジョン信号を入力とし、前記ワイドアスペクトテレビジョン信号をブロック化するブロック化手段と、前記ブロックに対し複数フィールド単位で直交変換を行う第1の直交変換手段と、前記ブロックに対しフィールド単位で直交変換を行う第2の直交変換手段と、前記第1あるいは第2の直交変換手段で直交変換して得られたデータを符号化する符号化手段と、前記画像信号のブロックに対して前記第1、第2の直交変換手段を適応的に選択して使用し、前記補強信号のブロックに対して前記第2の直交変換手段を使用することを制御する制御手段とを有することを特徴とする直交変換符号化装置である。
【0021】
【作用】本発明は前記した構成により、メイン部の画像信号と上下マスク部の補強信号から構成されたEDTV2信号に対して、直交変換符号化処理を行うにあたって、メイン部の画像信号に対しては、ブロックに応じて複数フィールドを単位とした直交変換あるいはフィールド単位の直交変換を選択的に使用し、上下マスク部の補強信号に対してはフィールド内の直交変換を使用する。これによって、フィールド間で相関の大きい画像信号とフィールド間での相関が小さい補強信号の各々に対して効率よく符号化を行うことができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を用いて説明する。なお、実施例の構成要素において、同じ付号を付したブロックについてはその説明を省く。
【0023】図1は、本発明による第1の実施例の直交変換符号化装置の構成を示した図である。図1において、400はブロック化回路、401は画像信号のブロックと補強信号のブロックを識別するための識別情報、402は動き検出回路、403は動きを判別するためのスレッショルド、404は動き情報、405は直交変換入力を選択するスイッチ、406はフレーム内の直交変換演算を行うフレーム内直交変換回路、407はフィールド内の直交変換演算を行うフィールド内直交変換回路、408はフレーム内直交変換回路405とフィールド内直交変換回路406の出力を選択するスイッチ、409は動き情報404を直交変換による処理時間だけ遅延させる遅延回路、410は遅延回路409で遅延された動き情報である。以上のように構成された本実施例の動作を以下に説明する。
【0024】ブロック化回路400は、画像信号と補強信号に対して共通のブロック化の処理を行う。すなわち、図2に示すように、2枚のフィールドからフレームを構成し、フレーム内で水平方向8画素、垂直方向8画素の(8×8)ブロックを構成する。ブロック化された信号は識別情報401と共に動き検出回路402に入力される。ここで、識別情報401はブロック単位に設定され、画像信号のブロックに対しては”0”が、補強信号のブロックに対しては”1”が設定される。動き検出回路402では、識別情報401に応じて異なった処理を行う。以下に、動き検出回路402の動作について説明する。
【0025】まず、識別情報が”0”の画像信号のブロックに対しては、フィールド間での動きを検出する。つまり、図2に示すように、第1フィールド、第2フィールドの対応する画素間の差をとってその総和を求め、総和を絶対値化してこれをブロック内の動き量とする。そして、動き量をあらかじめ設定されたスレッショルド403と比較し、動き量がスレショルド403以下のブロックは、静止ブロックとして動き情報404を”0”に設定し、動き量がスレショルド403を越えるブロックは、動きブロックとして動き情報404を”1”に設定する。また、識別情報401が”1”の補強信号のブロックに対しては、動き情報404を常に”1”に設定する。
【0026】次に、得られた動き情報404をもとにフレーム内直交変換とフィールド内直交変換とが選択される。まず、画像信号で静止ブロックの場合は、動き情報404が”0”であり、スイッチ405をFr側としてフレーム内直交変換回路406に信号が入力される。また、補強信号のブロックあるいは画像信号で動きブロックの場合は、動き情報が”1”であり、スイッチ405をFi側としてフィールド内直交変換回路407に信号が入力される。つまり、画像信号のブロックにおいて、フィールド間での動きが大きい場合は、フィールド間での画素間の相関が小さいため、フレーム化して直交変換を行うよりも、フィールド内で直交変換を行う方が符号化の効率が向上する。したがって、このようなブロックに対してはフィールド内直交変換を選択する。また、フィールド間で相関の小さい補強信号のブロックに対しても同様にフィールド内の直交変換を選択する。以下に、フレーム内直交変換回路406とフィールド内直交変換回路407の動作を説明する。
【0027】まず、フレーム内直交変換回路406では、前述したように水平方向8次、垂直方向8次の(8×8)の2次元直交変換を行い、図9に示した順番で係数を出力する。次に、フィールド内直交変換回路407では、最初に第1フィールドと第2フィールドの和成分と差成分とを求め、各々に対して水平方向8次、垂直方向4次の(8×4)の2次元直交変換を行う。
【0028】和成分と差成分を2次元直交変換した結果得られた係数は、各々、図3(a)(b)に示す順番で出力される。図3において、横方向が水平、縦方向が垂直に対応し、各係数に対する数字は係数の出力順番を表しており、斜線部はDC成分、その他はAC成分である。図3より、和成分、差成分交互に、水平、垂直の低域の係数から順にジグザグにスキャンして出力される。
【0029】以上の方法で直交変換された得られた係数は、スイッチ408で選択されて、量子化回路204に入力される。まず、動き情報が”0”のブロックに対してはスイッチ408をFr側として、フレーム内直交変換回路406の出力を選択し、動き情報が”1”のブロックに対してはスイッチ408をFi側として、フィールド内直交変換回路407の出力を選択する。ここで、直交変換演算で遅延が発生するため、動き情報404は遅延回路409によって直交変換の処理時間だけ遅延されて、スイッチ408に入力される。以後の、量子化回路204、可変長符号化回路205の処理は、フレーム内、フィールド内直交変換を行った場合ともに共通であり、量子化回路204では、AC成分の最大値に応じて、2の整数倍の値で除算をすることにより量子化を行い、量子化された係数は、可変長符号化回路205で予め定められた可変長符号のテーブルにもとづいて可変長符号化される。
【0030】図4(a)(b)は、各々、実際に補強信号の一つであるVT信号のブロックに対して和成分、差成分を求めた後、(8×4)の2次元直交変換を行った場合の係数の分布の平均値を示したである。図4より、補強信号に対してフィールド内の直交変換を行うことにより、水平、垂直の低域の成分の係数値が大きく、高域にいくつれて小さくなる傾向がある。つまり、図3に示したような順番で符号化を行った場合、フレーム内直交変換を行った場合と同様の可変長符号化を用いることにより、効率的に符号化を行うことができる。
【0031】以上説明したように本実施例によれば、画像信号のブロックに対してはフィールド内の動きを検出して適応的にフレーム内とフィールド内の直交変換を切り換え、補強信号に対してはフィールド内の直交変換を適用することにより、各々の信号に対して効率的に符号化を行うことが可能である。
【0032】なお、本実施例では画像信号のブロックに対してフィールド内の動きを検出してフレーム内とフィールド内の直交変換を切り換えたが、その割合はスレッショルド値の設定によって自由に決定することができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように本発明の直交変換符号化装置によれば、上下マスク部に補強信号が多重されたEDTV2信号に対して直交変換符号化処理を行う場合に、補強信号の符号化の効率を向上させ、歪を抑えることが可能となる。




 

 


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